[논문 리뷰] The rapidly evolving hypergiant IRC+10420: High-resolution bispectrum speckle-interferometry and dust-shell modelling

T. Bloêcker, Y. Y. Balega외 4명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 초거성 항성 IRC+10420에 대한 최초의 고해상도 이방성 스펙클 간섭계 측정을 수행하여 2.11 μm에서 73 mas 해상도를 달성하였다. 스펙트럼 에너지 분포와 볼록도 함수의 복사열역학 모델링을 통해, 밀도가 308R⋆에서 증가하고 밀도 프로파일이 더 평탄한(기존 x=2 대비 x=1.7) 이중성 성분의 먼지 껍질이 데이터를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났으며, 이는 d=5 kpc에서 약 60–90년 전에 최근에 강화된 질량 손실 단계가 있었음을 시사한다.

ABSTRACT

The hypergiant IRC+10420 is a unique object for the study of stellar evolution since it is the only object that is believed to be witnessed in its rapid transition from the red supergiant stage to the Wolf-Rayet phase. Its effective temperature has increased by 1000-2000K within only 20yr. We present the first speckle observations of IRC+10420 with 73mas resolution. A diffraction-limited 2.11 micron image was reconstructed from 6m telescope speckle data using the bispectrum speckle-interferometry method. The visibility function shows that the dust shell contributes 40% to the total flux and the unresolved central object 60%. Radiative transfer calculations have been performed to model both the spectral energy distribution and visibility function. The grain sizes, a, were found to be in accordance with a standard distribution function, n(a)~a^(-3.5), with 0.005 micron < a < 0.45 micron. The observed dust shell properties cannot be fitted by single-shell models but seem to require multiple components. At a certain distance we considered an enhancement over the assumed 1/r^x density distribution. The best model for both SED and visibility was found for a dust shell with a dust temperature of 1000K at its inner radius of 69Rstar. At a distance of 308Rstar the density was enhanced by a factor of 40 and and its density exponent was changed from x=2 to x=1.7. The shell's intensity distribution was found to be ring-like.The ring diameter is equal to the inner diameter of the hot shell (69mas). The diameter of the central star is 1mas. The two-component model can be interpreted in terms of a termination of an enhanced mass-loss phase roughly 60 to 90 yr (for d=5kpc) ago.

연구 동기 및 목표

• 빠르게 변화하는 초거성 항성 IRC+10420의 물리적 구조를 조사하기 위해, 적색 초거성에서 월프-레이네퍼 위상으로의 전이 과정을 이해하고자 한다.
• 2.11 μm에서 고각해상도 스펙클 간섭계를 사용하여 먼지 껍질과 중심 항성을 해상도 분리하여 해상도를 높이기 위해 노력한다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 볼록도 함수를 모델링하여 먼지 입자 크기 분포와 껍질 기하학을 제약 조건으로 설정한다.
• 관측된 복사율과 볼록도 데이터를 가장 잘 맞추는 데 단일 껍질 모델인지 다중 껍질 모델인지 판단한다.
• 관측된 먼지 껌질 구조를 형성한 최근 질량 손실 사건의 시기와 성격을 추론한다.

제안 방법

• 6m 망원경 데이터에 이방성 스펙클 간섭계를 적용하여 2.11 μm에서 73 mas 해상도의 회절 한계 이미지를 복원하였다.
• 이방성 함수에서 유도된 볼록도 함수를 통해, 해상도가 떨어진 중심 항성과 확장된 먼지 껌질의 기여도를 분리하였다.
• 복사열역학 모델을 사용하여 관측된 SED와 볼록도 함수를 모두 적합시키며, 0.005–0.45 μm 범위에서 거듭제곱 법칙 입자 크기 분포 n(a) ∝ a^(-3.5)를 가정하였다.
• 다양한 먼지 껌질 성분을 시험하였으며, 특히 308R⋆에서 국소적 밀도 증가가 있는 1/r^x 형태의 반경 밀도 프로파일을 수정하였다.
• 최적의 적합 모델은 내부 먼지 껌질 반경을 69R⋆, 온도를 1000 K로 설정하였으며, 강화된 밀도 영역에서 밀도 지수를 x=1.7로 조정하였다.
• 모델은 복사율 비율(60% 중심 항성, 40% 먼지 껌질)과 먼지 껌질의 각지름(69 mas)을 동시에 만족시키도록 반복 조정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2.11 μm에서 1초 이하 해상도에서 IRC+10420 주변 먼지 껌질의 공간적 구조는 어떻게 되어 있는가?
• RQ2 2.11 μm에서 중심 항성과 먼지 껌질의 복사율 기여도는 어떻게 비교되는가?
• RQ3 단일 껌질 먼지 모델이 IRC+10420의 SED와 볼록도 함수를 모두 재현할 수 있는가?
• RQ4 먼지 껌질의 반경 밀도 프로파일은 무엇이며, 비균일 분포가 필요할까?
• RQ5 현재 먼지 껌질을 형성한 최근의 질량 손실 단계는 언제 발생했는가?

주요 결과

• 먼지 껌질은 2.11 μm에서 총 복사율의 40% 기여를 하며, 해상도가 떨어진 중심 항성은 60% 기여를 한다.
• 최적의 적합 모델은 이중성 먼지 껌질이 필요하며, 항성으로부터 308R⋆ 거리에서 밀도가 40배 증가한 영역이 포함되어 있다.
• 강화된 영역에서는 밀도 프로파일이 기존의 x=2에서 x=1.7로 변화하여 더 평탄한 분포를 나타낸다.
• 내부 먼지 껌질의 반경은 69R⋆이며, 온도는 1000 K로 관측된 각지름 69 mas와 일치한다.
• 중심 항성의 각지름은 1 mas이며, 이는 밀도가 높고 해상도가 떨어진 소스임을 일치시킨다.
• 강화된 질량 손실 단계는 거리가 5 kpc일 경우 약 60–90년 전에 끝난 것으로 추론된다.